離散性分析在礦山帷幕注漿效果評價中的應(yīng)用

蔣鵬飛 高學(xué)通

(華北有色工程勘察院有限公司)

離散性分析在礦山帷幕注漿效果評價中的應(yīng)用

蔣鵬飛 高學(xué)通

(華北有色工程勘察院有限公司)

礦山帷幕注漿工程屬于大型地下隱蔽工程，采取合理有效的評價方法論證注漿施工質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求，是工程質(zhì)量缺陷修補(bǔ)和最終評價驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)。利用已竣工的兩項(xiàng)礦山帷幕注漿工程相關(guān)技術(shù)資料作為分析依據(jù)，通過對單位注漿量和單位透水率數(shù)據(jù)的離散性分析，闡述了該方法對于礦山帷幕注漿工程施工質(zhì)量評價的重要作用，為同類工程質(zhì)量評價提供借鑒。

離散性分析 礦山帷幕注漿 均一性 質(zhì)量缺陷

隨著國家對礦產(chǎn)資源需求的增加，工程水文地質(zhì)條件簡單、埋藏淺的資源逐漸開發(fā)殆盡，將來的礦產(chǎn)開發(fā)將面臨埋藏深、難度大、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等眾多問題，開發(fā)礦產(chǎn)和保護(hù)水環(huán)境之間的矛盾越來越尖銳。而礦山帷幕注漿是能夠在兩者之間達(dá)到政策、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上相平衡的重要手段[1-3]。

對于工程地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水豐富以及對區(qū)域水環(huán)境破壞大的礦山，帷幕注漿是治理和保護(hù)地下水的重要手段。其原理是通過鉆孔揭露含水層，利用壓力將可凝結(jié)漿液充填進(jìn)入含水層裂隙巖溶一定范圍，封堵地下水通道，達(dá)到隔絕或降低幕體內(nèi)外地下水之間的水力聯(lián)系的目的。

一般來說，礦產(chǎn)資源是由于早期的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動形成的，也是由于這些地質(zhì)構(gòu)造的存在，將成礦區(qū)域分割成工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件不均的地質(zhì)單元，通過帷幕注漿，可以將帷幕范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件不均一的地質(zhì)體進(jìn)行治理和改善。

礦山帷幕注漿工程具有投資大、時間長以及隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，如何通過施工過程中技術(shù)資料的分析，查找施工中存在的問題，是保證整體工程施工質(zhì)量、降低工程投資風(fēng)險的關(guān)鍵。

1 離散性分析原理

由于帷幕注漿中待注地層的水文地質(zhì)條件存在嚴(yán)重的不均一性，因此，礦山帷幕注漿施工質(zhì)量的評價，主要體現(xiàn)在待注漿地質(zhì)體透水性由不均一向均一的演變過程[4-5]。

礦山帷幕注漿工程經(jīng)常采用三序施工法，即將帷幕線上的所有注漿孔按3個次序施工，順序的編排見圖1。

圖1 礦山帷幕注漿孔孔序編排設(shè)計(jì)示意

在三序施工法中，通過單位注漿量和單位透水率等數(shù)據(jù)變異程度的統(tǒng)計(jì)分析，可以消除由于平均數(shù)不同多個資料變異程度比較的影響，能夠反映出一組數(shù)據(jù)在單位均值上的離散程度或均一性，即為離散系數(shù)。離散系數(shù)的計(jì)算[6]：

(1)

(2)

(3)

式中,δ為離散系數(shù)；μ為單位注灰量平均值；σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

由于原始狀態(tài)下的基巖裂隙巖溶發(fā)育，帷幕注漿第一順序孔施工參數(shù)會受到水文地質(zhì)條件的不均一影響，出現(xiàn)很大的變異，離散系數(shù)應(yīng)最大；第一順序孔注漿后，第二順序孔基巖的裂隙巖溶被部分封堵，基巖的均一性已有好轉(zhuǎn)，施工參數(shù)雖會有一定的變異，但離散系數(shù)應(yīng)比第一順序孔?。坏谌樞蚩谆鶐r的裂隙巖溶已全部被封堵，形成較好的統(tǒng)一體和均一體，其離散系數(shù)應(yīng)最小。

因此，在礦山帷幕注漿中各數(shù)據(jù)組計(jì)算出的離散系數(shù)越小，表明形成的帷幕體均一性越好，基巖的裂隙巖溶封堵越密實(shí)，帷幕注漿施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2 工程實(shí)例

2.1 案例1

案例1完成工作量見表1。

表1 案例1完成工作量統(tǒng)計(jì) 個

孔類Ⅰ序注漿孔Ⅱ序注漿孔Ⅲ序注漿孔檢查孔加密孔工作量71881233620

各序孔單位注漿量和單位透水率數(shù)據(jù)平均值見表2。表2中，各組數(shù)據(jù)按先后次序具有由大到小的降低趨勢，可以反映出該工程整體呈現(xiàn)的良好注漿疊加效應(yīng)。

表2 案例1各序孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值

注：表中百分比是各序孔數(shù)值與Ⅰ序孔相應(yīng)數(shù)值的比值。

通過離散系數(shù)進(jìn)行離散性分析后，形成表3。由表3可以看出，本工程中各序孔的離散性呈現(xiàn)逐序降低的趨勢，表明前序孔的注漿很好的影響到了后序孔，而隨著后序孔的注漿，待注漿體的水文地質(zhì)條件已改善得較為均一，帷幕體的整體堵水效果得到保證。

表3 案例1各孔序離散性分析

2.2 工程案例2

案例2完成工作量見表4。

表4 案例2完成工作量統(tǒng)計(jì) 個

孔類Ⅰ序注漿孔Ⅱ序注漿孔Ⅲ序注漿孔工作量454284

通過對本工程中各序孔單位注漿量和單位透水率數(shù)據(jù)的整理，各序孔的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值見表5。從表5中可看出，各組數(shù)據(jù)按先后次序也存在由大到小的降低趨勢，可以反映出該工程整體呈現(xiàn)較好的注漿疊加效應(yīng)。

表5 案例2全孔疊加效應(yīng)分析

注：表中百分比是各序孔數(shù)值與Ⅰ序孔相應(yīng)數(shù)值的比值。 通過對本工程中各序孔的離散性分析，發(fā)現(xiàn)前后序孔的離散性規(guī)律性較差，說明工程中局部地方存在異?，F(xiàn)象，造成后序孔的離散性大，表明可能存在一定的質(zhì)量隱患。見表6。

表6 案例2各孔序離散性系數(shù)

3 離散性分析的作用

上述兩項(xiàng)工程實(shí)例表明，施工過程中技術(shù)資料的離散性分析可以評價礦山帷幕注漿的施工質(zhì)量，能夠發(fā)現(xiàn)帷幕體局部位置的質(zhì)量隱患。

在工程案例2中，由表6可以看出單位注漿量離散系數(shù)表現(xiàn)為Ⅲ序孔大于Ⅱ序孔，表明帷幕體范圍內(nèi)的石灰?guī)r含水層雖然經(jīng)過了Ⅰ、Ⅱ序孔的注漿，但在局部Ⅲ序孔的位置上還存在較大裂隙，造成了Ⅲ序孔單位注漿量離散性較大。

3.1 單位透水率離散性分析

從單位透水率離散系數(shù)來看，Ⅱ序孔大于Ⅰ序孔，說明礦區(qū)裂隙巖溶發(fā)育的不均一，Ⅰ序孔的注漿對相同距離的含水層透水性影響程度不一，因此Ⅱ序孔單位透水率離散性較大；Ⅱ序孔注漿后，Ⅲ序孔的離散系數(shù)明顯減小，表明了Ⅰ序孔和Ⅱ序孔注漿產(chǎn)生的良好疊加效應(yīng)；但是Ⅲ序孔離散系數(shù)和Ⅰ序孔基本一致，則表明局部Ⅲ序孔位置存在較大巖溶裂隙，注漿量較大，從而增加了Ⅲ序孔的離散性。

對工程案例2中各序注漿孔的單位透水率進(jìn)行分析，以全區(qū)平均單位透水率8.68Lu為界，發(fā)現(xiàn)造成Ⅱ序孔單位透水率離散性過大主要是由6個注漿孔造成的，而Ⅲ序孔單位透水率離散系數(shù)偏大僅因?yàn)?個注漿孔所致，見表7。

表7 案例2離散分析中單位透水率異常點(diǎn)

排除以上異常，本工程中各序孔單位透水率的離散性見表8。

表8 案例2調(diào)整后全孔單位透水率離散系數(shù)

由表8的離散性分析可以看出，排除異常點(diǎn)后，整個統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的由不均一向均一的發(fā)展趨勢。即上述分析的異常點(diǎn)是工程中的隱患位置，需要補(bǔ)強(qiáng)。

3.2 單位注漿量離散性分析

對工程2各序注漿孔的單位注漿量分析，以工程中平均單位注漿量1.61m3/m為界，發(fā)現(xiàn)造成Ⅲ序孔單位注漿量離散系數(shù)大于Ⅱ序孔是由其中14個注漿孔造成的，見表9。

排除以上異常后，工程2中各序孔單位注漿量的離散性見表10。

表10的離散性分析表明，整個工程數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的由不均一向均一的發(fā)展趨勢，即上述分析的異常點(diǎn)是工程中的隱患位置，需要補(bǔ)強(qiáng)。

表9 案例2離散分析中單位注漿量異常點(diǎn)

表10 案例2調(diào)整后單位注漿量

4 結(jié) 論

通過對兩項(xiàng)工程實(shí)例的離散性分析，表明在礦山帷幕注漿工程中，采用離散性對施工過程中技術(shù)資料進(jìn)行及時統(tǒng)計(jì)分析，不僅能評價工程施工質(zhì)量，還能及時發(fā)現(xiàn)工程中存在的質(zhì)量隱患位置，為后期帷幕體的加密補(bǔ)強(qiáng)提供依據(jù)。因此，離散性分析法在礦山帷幕注漿工程質(zhì)量評價中是合理有效的技術(shù)手段，值得推廣。

[1] 盧 萍,侯克鵬.帷幕注漿技術(shù)在礦山治水中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(3):21-24.

[2] 王 軍.礦山地下水害防治技術(shù)新進(jìn)展[J].采礦技術(shù),2002(3):55-58.

[3] 蔣鵬飛,于同超,高廣鋒.帷幕注漿工藝在大水礦山中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(6):118-120.

[4] 韓貴雷,于同超，劉殿鳳,等.礦山帷幕注漿方案研究及堵水效果綜合分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010,30(3):95-98.

[5] 宋 峰,劉新社.中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程科技成果匯編[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2012.

[6] 《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊[M].4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

Application of Discrete Analysis Method in the Evaluation of Mine Curtain Grouting Effect

Jiang Pengfei Gao Xuetong

(North China Engineering Investigation Institute Co., Ltd.)

Mine curtain grouting projects belong to large underground concealed engineering, it is necessary to take reasonable and effective evaluation method to analyze the grouting construction quality can meet the design requirements, which is the important step of repairing of the project quality defect and final evaluation of the project quality. Based on the related technical data of the two mine curtain grouting projects that has been finished, data of unit grouting quantity and unit rate of permeable are analyzed by using the discrete analysis method, the important role of the discrete analysis method in the evaluation of the mine curtain grouting quality is discussed so as to provide reference for similar engineering.

Discrete analysis, Mine curtain grouting, Uniformity, Quality defects

2014-11-26)

蔣鵬飛(1974—)，男，高級工程師，050021 河北省石家莊市匯通路39號。